Lưới phân phối : Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian hoặc TKV hoặc thanh cái nhà máy điện cho phụ tải Đặc điểm chung : + Lưới điện phân phối gồm 2 ph
Trang 1BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
1.1 Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện
1 Nguồn năng lượng tự nhiên
- Nguồn năng lượng tự nhiên được hiểu là năng lượng và nhiên liệu sơ cấp, nó đặc trưng cho tiềm năng của đất nước Hệ thống năng lượng sơ cấp này bao gồm:
+ Các mỏ than dầu khí
+ Các hệ thống thuỷ năng như sông hồ, thác, suối, biển
+ Các hệ thống năng lượng khác như năng lương gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt
2 Đặc điểm của năng lượng điên
- Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: Dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác ( nhiệt, cơ, hoá) dễ chuyển tải và phân phối Chính vì vậy điện năng được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực sinh hoạt của con người
- Điện năng nói chung không tích luỹ được, trừ một vài trường hợp cá biệt và công suất nhỏ như pin, ac quy, vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện năng phải luôn luôn đảm bảo cân bằng
- Điện năng là nguồn năng lượng chính của ngành công nghiệp là điều kiện quan trọng phát triển các đô thị và khu dân cư…do đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng
1.2 Nhà máy điện :
1.Nhà máy nhiệt điện:
Đây là dạng nguồn điện kinh điển nhưng đến nay vẫn chiếm tỷ lệ quan trọng trong tổng công suất của hệ thống điện
Trang 2Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện xảy ra như sau :
- Nhiệt năng ( của than ) -> cơ năng ( tua pin ) -> điện năng ( máy phát điện) => nhà máy nhiệt điện chạy than
- Nhiệt năng ( của khí gas ) -> cơ năng ( tua pin khí ) -> điện năng ( máy phát điện ) => nhà máy nhiệt điện chạy khí
-Nhiệt năng ( của dầu ) -> cơ năng (động cơ điezen ) -> điện năng ( máy phát điện ) => nhà máy nhiệt điện điezen
Hiện nay ở miền bắc nước ta do có mỏ than lớn nên đã xây dựng các nhà máy nhiệt điện chạy than lớn như Nhiệt điện Phả Lại 1 ( 400 MW ) Phả Lại
2 (600 MW) Uông Bí ( 300 MW ) và một số nhà máy nhiệt điện khác
Ở miền nam, do có nguồn khí khai thác từ các mỏ dầu nên đã xây dựng một số nhà máy nhiệt điện chạy khí lớn như Phú Mĩ ( 900MW ) Phú Mĩ 2,1
và 2,2 ( gần 600 MW ) do có nguồn khí lớn nên dự kiến xây thêm một số nhà máy nhiệt điện chạy khí ở khu vực này
Nhà máy nhiệt điện điezen có công suất nhỏ ( khoảng hàng trăm KW ) thường được dùng làm nguồn dự phòng, hoặc làm nguồn điện cho những vùng chưa có điện lưới quốc gia
2 Nhà máy thuỷ điện ( TĐ )
Nước ta có nguồn thuỷ năng phong phú vì vậy thuỷ điện cũng được khai thác từ rất sớm
Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy TĐ xảy ra như sau:
Thuỷ năng ( của cột nước ) -> cơ năng ( tua bin nước ) -> điện năng ( máy phát điện ) => nhà máy TĐ
Nhà máy TĐ được phân bố đều trên cả nước ta
Ở miền bắc có nhà máy TĐ Hoà Bình ( 1920 MW ), nhà máy TĐ Thác
Bà ( 108 MW ) Ở miền trung có nhà máy TĐ Ya Ly ( 700 MW ) Ở miền
Trang 3nam cú nhà mỏy TĐ Trị An ( 400 MW ) Ngoài ra cũn cú một số nhà mỏy
TĐ khỏc cú cụng suất nhỏ hơn như TĐ Vĩnh Sơn, TĐ Sụng Hinh, TĐ Đa Nhim.Trong tương lai nước ta sẽ xõy thờm một số nhà mỏy TĐ lớn như TĐ Sơn La, TĐ Sụng Gõm ở miền bắc, TĐ Bản Mai ở miền trung Thuỷ điện nhỏ được khuyến khớch phỏt triển ở miền bắc và miền trung
Nhỡn trung giỏ thành điện năng do nhà mỏy TĐ sản xuất ra tương đối rẻ, hơn nữa cụng trỡnh thuỷ điện thường kết hợp với tưới tiờu, chống lũ, giao thụng, nuụi cỏ , v.v…nờn đưa lại nhiều lợi ớch Vỡ vậy khi lập kế hoạch phỏt triển nguồn điện người ta thường ưu tiờn phỏt triển thuỷ điện Tuy nhiờn giữa thuỷ điện và nhiệt điện phải cú tỷ lệ hợp lý thỡ hệ thống điện quốc gia mới cú thể vận hành an toàn và kinh tế Vấn đề này được giải quyết khi lập tổng sơ đồ phỏt triển hệ thống điện quốc gia 3 Nhà mỏy điện nguyờn tử (ĐNT )
Mặc dầu ĐNT đó được phỏt triển ở nhiều nước trờn thế giới nhưng người
ta lo ngại đến vấn đề an toàn và ụ nhiễm phúng xạ, vỡ vậy vấn đề xõy dựng nhà mỏy ĐNT chỉ được xem xột khi cỏc nguồn điện khỏc đó được khai thỏc hết
Ở nước ta hiện nay chỉ mới tiến hành nghiờn cứu khả năng xõy dựng ĐNT từ năm 2010 trở đi
3 Nhà mỏy điện nguyờn tử
* Đặc điểm: Là quá trình sản xuất điện năng từ nhiệt năng do phản ứng hạt nhân tạo ra
* Nguyên lý hoạt động: Nhiệt năng do phản ứng hạt nhân tạo ra sẽ biến thành cơ năng và từ cơ năng biến thành điện năng
* Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Khả năng làm việc độc lập
+ Tốn ít nhiên liệu
Trang 4+ Vận hành linh hoạt, hiệu suất
+ Không thải khí ra ngoài khí quyển
- Nhược điểm:
+ Vốn xây dựng lớn
+ Nguy hiểm cho người và thiết bị do phóng xạ
* Nhận xét:
Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt không dự trữ được ( Việc sản xuất luôn đồng hành cùng với tiêu thụ) Hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, việc sản xuất điện năng là rất phong phú, ngoài các nhà máy như nhiệt điện (Uông bí) thuỷ điện ( Sơn la), điện nguyên tử, ta còn sử dụng năng lượng gió, mặt trời để sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng
1.3 Mạng lưới điện :
Tập hợp cỏc bộ phận của hệ thống điện ( HTĐ ) gồm cỏc đường dõy tải điện và cỏc trạm biến ỏp gọi là lưới điện
1 Lưới hệ thống:
Lưới hệ thống bao gồm cỏc đường dõy tải điện và cỏc trạm biến ỏp khu vực, nối liền cỏc nhà mỏy điện tạo thành HTĐ, cú cỏc đặc điểm :
- Lưới điện cú nhiều mạch vũng kớn ( hỡnh1.2 ) để khi cắt điện bảo quản đường dõy hoặc sự cố 1 đến 2 đường dõy vẫn đảm bảo liờn lạc hệ thống
- Vận hành kớn để đảm bảo liờn lạc thường xuyờn và chắc chắn giữa cỏc nhà mỏy điện với nhau và với phụ tải
- Điện ỏp từ 110KV đến 500KV
- Lưới được thực hiện chủ yếu bằng cỏc đường dõy trờn khụng
- Phải bảo quản định kỳ hàng năm
Khi tớnh toỏn chế độ làm việc lưới hệ thống cú thể vươn tới cỏc trạm trung gian
2 Lưới truyền tải :
Trang 5Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian ( TTG ) các loại sơ đồ truyền tải trên hình 1.3
Các đặc điểm của lưới truyền tải :
- Sơ đồ kín có dự phòng : Hai lộ song song từ cùng 1 TKV ( hình 1.3 a ) , hai lộ từ 2 TKV khác nhau ( hình 1.3 b ) , 1 lộ nhưng có dự phòng ở lưới phân phối ( hình 1.3 c ) Vận hành hở vì lý do hạn chế dòng ngắn mạch , có thiết bị tự đóng nguồn dự trữ khi sự cố
- Điện áp 35,110,220KV
- Thực hiện bằng đường dây trên không là chính , trong các trường hợp không thể làm đường dây trên không thì dùng cáp ngầm
- Phải bảo quản định kỳ hàng năm
- Lưới 110KV trở lên trung tính MBA nối đất trực tiếp
3 Lưới phân phối :
Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian ( hoặc TKV hoặc thanh cái nhà máy điện ) cho phụ tải
Đặc điểm chung :
+ Lưới điện phân phối gồm 2 phần :
- Lưới phân phối trung áp có điện áp 6,10,15,22KV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp / hạ áp và các phụ tải trung áp
- Lưới hạ áp cung cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220V
Các động cơ có công suất lớn và lò điện dùng trực tiếp điện áp 6-10KV còn tuyệt đại bộ phận phụ tải dùng 0,4KV
+ Ngoài các sự cố gây mất điện trên lưới phân phối còn có yêu cầu mất điện kế hoạch khá dài để bảo quản , cải tạo và để đóng trạm mới
+ Lưới phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục
vụ tải ( bao gồm chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện )
Trang 6+ Lưới phân phối có cấu trúc kín nhưng vận hành hở ( lưới phân phối K/H ).Khi sự cố phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn bị cắt điện,sau khi cô lập đoạn lưới sự cố,phần lưới tốt còn lại sẽ được đóng điện để tiếp tục vận hành.Chỉ có đoạn lưới sự cố bị mất điện cho đến khi sửa chữa xong.Phụ tải đặc biệt cần độ tin cậy cao được dự phòng riêng bằng đường dây trung áp hay hạ áp
+ Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp
Hai phương pháp phân phối điện trung áp và nối đất trung tính cuộn trung áp của MBA nguồn (cao áp / trung áp)
- Phương pháp lưới điện 3 dây pha (3P): phương pháp này được sử dụng ở Châu âu, Liên Xô cũ và Nhật Bản….Theo phương pháp này cuộn trung áp của MBA nguồn cao áp /trung áp đấu sao và trung tính nối đất qua tổng trở Z (hình 1.4a) không có dây trung tính đi theo lưới điện Phụ tải hạ
áp được cấp điện qua MBA phân phối qua 3 pha và 1 pha đấu vào 2 pha trung áp (hình 1.4a)
- Phương pháp lưới điện 4 dây (3 dây pha và dây trung tính 3P-TT): Phương pháp này được dùng ở Mĩ, Canada, Úc ….Theo phương pháp này trung tính của cuộn trung áp của MBA nguồn cao áp/trung áp nối đất trực tiếp và có dây trung tính đi theo lưới điện tạo thành lưới điện 4 dây(hình 1.4b),cứ khoảng 300m được nối đất lặp lại 1 lần.Phụ tải hạ áp được cấp điện qua MBA phân phối 1 pha đấu vào 1 dây pha và dây trung tính trung áp
1.4.Hộ tiêu thụ điện :
Hộ tiêu thụ là bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện.Tuỳ theo mức độ quan trọng mà hộ tiêu thụ được chia thành 3 loại :
1.Hộ loại 1 :là hộ tiêu thụ mà khi bị ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến
nguy hiểm tới tính mạng con nguời,gây thiệt hại lớn về kinh tế (hư hỏn máy
Trang 7móc,thiết bị,gây ra hàng loạt phế phẩm), ảnh hưởng lớn đến chính trị quốc phòng…
Có thể lấy ví dụ hộ loại 1:nhà máy hoá chất,sân bay,bến cảng,văn phòng Chính Phủ,Quốc Hội,phòng mổ của bệnh viện,lò luyện thép,hệ thống ra đa quân sự,trung tâm máy tính …
Đối với họ loại 1,phải được cung cấp ít nhất 2 nguồn điện độc lập,hoặc phải có nguồn dự phòng
2.Hộ loại 2 :là hộ tiêu thụ mà khi bị ngừng cung cấp điện sẽ gây ra thiệt
hại về kinh tế như hỏng một bộ phận máy móc thiết bị gây ra phế phẩm ngưng trệ sản xuất.Ví dụ về hộ loại 2 :nhà máy cơ khí,nhà máy thực phẩm,khách sạn lớn,trạm bơm tưới tiêu…
Cung cấp điện cho hộ loại 2 thường có thêm nguồn dự phòng.Vấn đề ở đây là phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế đưa lại do không bị ngừng cung cấp điện
3.Hộ loại 3:là những hộ tiêu thụ điện còn lại như khu dân cư,truờng
học,phân xưởng phụ, nhà kho của các nhà máy….Đối với hộ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian ngắn để khắc phục sửa chữa các sự cố.Thông thường hộ loại 3 được cung cấp điện từ một nguồn
Trong thực tế việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà còn tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của hộ tiêu thụ được xét với các hộ tiêu thụ còn lại.Mặt khác trong một nhà máy,một cơ sở sản xuất dịch vụ,khu dân cư…có nhiều loại hộ nằm xen kẽ nhau.Vì vậy hệ thống điện phải được nghiên cứu kĩ lưỡng, đảm bảo việc cung cấp điện an toàn và tin cậy ,linh hoạt
1.5.Trung tâm điều độ hệ thống điện :
Điều độ hệ thống điện được chia làm 3 cấp
Trang 8- Điều độ trung ương (Ao)
- Điều độ địa phương : điều độ các nhà máy điện , điều độ các chạm khu vực , điều độ các công ty điện
- Điều độ các cơ sở điện
1.6.Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện :
* Những yêu cầu:
Khi vạch ra những phương án cung cấp điện cần đề cập tới các vấn đề chính sau
- Xác định vị trí và khả năng cung cấp điện của các điểm nguồn
- Lựa chọn cấp điện áp của nguồn cấp
- Xác định vị trí và phụ tải yêu cầu của các hộ tiêu thụ trên bản vẽ mặt bằng phân bố phụ tải
- Lựa chọn các hình thức chắp nối và đi dây vạch ra trên mặt bằng
- Tìm hiểu quy trình ,quy phạm về trang bị điện
- Nghiên cứu các chủ trương, chính sách , đường lối phát triển kinh tế
xã hội của nhà nước đối với từng địa phương khu vực hoặc xí nghiệp…
Phương án cung cấp điện được gọi là hợp lí nếu thoả mãn các điều kiện
cơ bản sau:
1 Đảm bảo chất lượng điện nghĩa là đảm bảo được tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép Tần số được duy trì và điều chỉnh do nhà máy điện.Còn điện áp ngoài nhà máy điện điều chỉnh và duy trì ra còn phụ thuộc vào người thiết kế tính toán lựa chọn phương án đảm bảo sao cho tổn thất điện áp nằm trong giới hạn cho phép
2 Đảm bảo độ tin cậy,tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu của
hộ tiêu thụ Điều này phụ thuộc vào người vạch và lựa chọn phương án
Trang 93 Thuận tiện cho việc thi công lắp đặt,quản lí,vận hành và sửa chữa khi
bị sự cố
4 Có chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật hợp lí
b.Nội dung chủ yếu :
Tuỳ quy mô của công trình lớn hay nhỏ mà các bước thiết kế có thể phân
ra tỷ mỉ hoặc gộp 1 số bước với nhau Nhìn chung các bước thiết kế cung cấp điện có thể phân ra như sau:
Bước 1:Thu thập dữ liệu ban đầu
- Nhiệm vụ,mục đích thiết kế cung cấp điện
- Đặc điểm quá trình công nghệ của công trình sẽ được cung cấp điện
- Dữ liệu về nguồn điện:công suất,hướng cấp điện,khoảng cách đến hộ tiêu thụ
- Dữ liệu về phụ tải :công suất,phân bố,phân loại hộ tiêu thụ
Bước 2:Tính phụ tải tính toán
- Danh mục thiết bị điện
- Tính phụ tải động lực
Bước 3:Chọn trạm biến áp,trạm phân phối
- Dung lượng,số lượng,vị trí của trạm biến áp,trạm phân phối
- Số lượng,vị trí của tủ phân phối,tủ động lực ở mạng hạ áp
Bước 4:Xác định phương án cung cấp điện
- Mạng cao áp
- Mạng hạ áp
- Sơ đồ nối dây của trạm biến áp,trạm phân phối
Bước 5:Tính toán ngắn mạch
- Tính toán ngắn mạch trong mạng cao áp
- Tính toán ngắn mạch trong mạng hạ áp
Trang 10Bước 6:Lựa chọn các thiết bị điện
- Lựa chọn MBA
- Lựa chọn tiết diện dây dẫn
- Lựa chọn thiết bị điện cao áp
- Lựa chọn thiết bị điện hạ áp
Bước 7:Tính toán chống sét và nối đất
- Tính toán chống sét cho trạm biến áp
- Tính toán chống sét cho đường dây cao áp
- Tính toán nối đất chung tính của MBA,hạ áp
Bước 8:Tính toán tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất cosφ
- Các phương pháp tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên
- Phương pháp bù bằng tụ điện bù :xác định dung lượng bù,phân phối
tụ điện bù trong mạng cao áp và hạ áp
Bước 9:Bảo vệ rơle và tự động hoá
- Bảo vệ rơle cho MBA, đường dây cao áp,các thiết bị điện có công suất lớn và quan trọng
- Các biện pháp tự động hoá
- Các biện pháp thông tin điều khiển
Bước 10: Hồ sơ thiết kế cung cấp điện
- Bảng thống kê các dữ liệu ban đầu
- Bản vẽ mặt bằng công trình và phân bố phụ tải
- Bản vẽ sơ đồ nguyên lí cung cấp điện mạng cao áp,mạng hạ áp,mạng chiếu sáng
- Bản vẽ mặt bằng và sơ đồ đi dây của mạng cao áp,mạng hạ áp,mạng chiếu sáng
Trang 11- Bản vẽ chi tiết các bộ phận như bảo vệ rơle, đo lường, tự động hoá,nối đất,thiết bị chống sét…
- Các chỉ dẫn về vận hành và quản lí hệ thống cung cấp điện
7.Hệ thống điện Việt Nam:
Hệ thống điện của Việt Nam bao gồm:phần điện của nhà máy điện thuỷ điện Hoà Bình,Sơn La,nhiệt điện Phả Lại Phú Mĩ
Lưới điện :các trạm biến áp tăng áp,các đường dây truyền tải,phân phối điện và trạm biến áp giảm áp
+ Lưới điện đô thị :gồm thành phố lớn,nhỏ và thị trấn Điện áp trung áp thường sử dụng trong đô thị là 22KV và 10KV.Mỗi thành phố tuỳ theo lớn nhỏ, có thể được cung cấp bởi một hai hay hoặc nhiều trạm biến áp trung gian
+ Lưới điện nông thôn:mỗi huyện thường được cấp điên từ một đến hai trạm biến áp trung gian.Cấp điện áp 10KV và 35KV.Do điều kiện địa lí lưới điện trung áp có cấu trúc như cành cây.Từ trạm biến áp trung gian xây dựng vuông góc với đường trục trung áp,các đường rẽ nhánh từ những đường trục vươn về xã để cấp điện cho các trạm phân phối
Tất cả các tuyến dây đều là dây trần không vỏ không hở trạm biến áp kiểu cột Mỗi thôn thường được đặt một trạm biến áp phân phối ở giữa thôn làng từ đây có đường trục rẽ vào các ngõ xóm
+Lưới điện xí nghiệp công nghiệp(XN,CN): Điện năng cấp cho XN,CN được lấy từ các trạm biến áp trung gian bằng các đường dây trung áp.Tuỳ theo công suất của XN và khoảng cách từ XN tới trạm biến áp trung gian cấp điện áp là 10KV,22KV,35KV